JP2006231358A - レーザ加工装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 簡単な構成で第１の被加工物に第２の被加工物を効率よく接合することができるレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】 このレーザ加工装置１では、光ガイド体６の押圧部９が容器の胴部１２に対して蓋部１３を押圧した状態で、光ファイバ４を伝搬してきたレーザ光を光ガイド体６が環状に案内して押圧部９から出射させる。これにより、胴部１２及び蓋部１３における環状の加工領域全体に対して一度にレーザ光を照射し、胴部１２に対して蓋部１３を接合することが可能となるため、作業効率の向上が図られる。このような作業効率の向上は、加工時間の短縮化や製造歩留まりの向上を実現する。さらに、このレーザ加工装置１では、レーザ光走査のための回転機構や、胴部１２及び蓋部１３に対する加圧機構などを別途設ける必要がないため、装置の構成を極めて簡単化することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、レーザ光を照射することにより第１の被加工物に第２の被加工物を接合するためのレーザ加工装置に関する。
従来、この種の分野に関連する技術として、例えば特許文献１に記載されたレーザビーム溶接方法がある。この溶接方法では、加圧ロールによって加圧しながら、重ね合わせた第１及び第２の被加工物（例えば製缶における胴部と蓋部）を回転させ、その重ね合わせ部分に沿ってレーザビームを走査させて溶接をおこなっている。
特開平６−１０６３７１号公報
しかしながら、上述した従来の溶接方法では、第１及び第２の被加工物の重ね合わせ部分に沿ってレーザビームを走査させる必要があり、良好な作業効率が得られないという問題がある。また、第１及び第２の被加工物に対する加圧機構やレーザビーム走査のための回転機構が必要となるため、溶接装置の構成が複雑化してしまう。
本発明は上記課題の解決のためになされたもので、簡単な構成で第１の被加工物に第２の被加工物を効率よく接合することができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。
上記課題の解決のため、本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ光を照射することにより第１の被加工物に第２の被加工物を接合するためのレーザ加工装置であって、レーザ光を伝搬させる光ファイバと、光ファイバと光学的に接続される接続部、及び第１の被加工物に対して第２の被加工物を押圧する押圧部を有し、接続部から押圧部にレーザ光を環状に案内して押圧部から出射させる光ガイド体と、を備えることを特徴としている。
このレーザ加工装置では、光ガイド体の押圧部が第１の被加工物に対して第２の被加工物を押圧した状態で、光ファイバを伝搬してきたレーザ光を光ガイド体が環状に案内して押圧部から出射させる。これにより、第１及び第２の被加工物における環状の加工領域全体に対して一度にレーザ光を照射し、第１の被加工物に対して第２の被加工物を接合することが可能となるため、作業効率の向上が図られる。このような作業効率の向上は、加工時間の短縮化や製造歩留まりの向上を実現する。さらに、このレーザ加工装置では、レーザ光走査のための回転機構や第１及び第２の被加工物に対する加圧機構などを別途設ける必要がないため、装置の構成を極めて簡単化することができる。
また、押圧部には、レーザ光が出射する底面を有する溝が環状に形成されていることが好ましい。こうすると、加工領域から押圧部を離間させることができるため、接合時に第２の被加工物が光ガイド体に溶着するようなことを抑止できる。これにより、接合の作業効率を一層向上させることができる。
また、光ガイド体は、接続部から押圧部に向かって末広がりのキャップ状に形成されていることが好ましい。このような光ガイド体の構成により、第１の被加工物に対して第２の被加工物を押圧すること、及び光ファイバから導入されたレーザ光を押圧部に向かって環状に案内することを、容易且つ確実に実現することができる。
以上説明したように、本発明に係るレーザ加工装置によれば、簡単な構成で第１の被加工物に第２の被加工物を効率よく接合することができる。
以下、本発明に係るレーザ加工装置の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に従って構成されたレーザ加工装置の一実施形態を示す構成図である。図１に示すレーザ加工装置１は、製缶の作業現場において容器の胴部に蓋部を接合するための装置として構成されている。このレーザ加工装置１は、レーザ光を出射する光源２と、光源２から出射されたレーザ光を整形するコリメータ光学系３と、コリメータ光学系３により整形されたレーザ光を伝搬させる光ファイバ４と、光ファイバ４を伝搬してきたレーザ光を加工領域に出射する光ガイド体６とを備えている。
光源２としては、例えば半導体レーザアレイが用いられる。この光源２から所定のパワーで出射されたレーザ光は、コリメータ光学系３によって平行光束化及び集光化され、光ファイバ４のコアに結合する。そして、このレーザ光は光ファイバ４を伝搬した後、円形状のビームパターンをもって光ガイド体６に入射する。なお、光ファイバ４は、単身の光ファイバからなるものに限定されず、複数本の光ファイバを内蔵するバンドルファイバであってもよい。
図２（ａ）に示すように、光ガイド体６は、石英やホウ珪クラウンガラスなどによって形成された本体部７を有する光学部品である。この光ガイド体６は、例えば光コネクタを介したメカニカルコンタクトによって光ファイバ４と光学的に接続される接続部８と、容器の胴部に対して蓋部を押圧する押圧部９とを有しており、接続部８から押圧部９に向かって末広がりのキャップ状に形成されている。ここでは、光ガイド体６は、接続部８を頂部とし、押圧部９を底部とする中空の略切頭円錐形状を呈しており、高さが約１００ｍｍとされ、接続部８における直径が１ｍｍ以下とされている。
また、図２（ｂ）に示すように、光ガイド体６において、押圧部９には円環状の溝１０が形成され、本体部７の内部には、接続部８から溝１０の底面１０ａまでを結ぶようにして末広がりのキャップ状に形成された導光部１１が形成されている。この導光部１１は、例えばゲルマニウムがドープされた石英からなり、本体部７よりも高い屈折率を有している。したがって、接続部８を介して光ファイバ４から導入されたレーザ光は、導光部１１内を全反射しながら光ガイド体６の内部を円環状に案内され、溝１０の底面１０ａから円環状に出射する。
次に、このレーザ加工装置１の使用例について、図３を参照しながら説明する。この例では、円筒形状の缶の胴部（第１の被加工物）１２に対して円形の蓋部（第２の被加工物）１３を接合する場合を例示する。
この場合、図３に示すように、まず胴部１２のフランジ部１２ａと蓋部１３のフランジ部１３ａとを重ね合わせるようにして胴部１２に蓋部１３を被せ、さらに、蓋部１３の上に光ガイド体６を載置する。このとき、押圧部９にかかる光ガイド体６の自重により、蓋部１３が胴部１２に対して均一の加重で押圧される。そして、この状態で光源２を作動させると、光ガイド体６の溝１０の底面１０ａから出射する円環状のレーザ光により、溝１０の直下に位置する胴部１２と蓋部１３との重ね合わせ部分に円環状の溶接部（加工領域）Ｗが形成され、この溶接部Ｗによって胴部１２と蓋部１３との接合がなされる。なお、このレーザ加工装置１では、例示した缶のほか、ペットボトル容器や薬品等を収容する袋といった様々な容器についても、同様の方法で加工を行うことができる。
以上説明したように、レーザ加工装置１では、光ガイド体６の押圧部９が容器の胴部１２に対して蓋部１３を押圧した状態で、光ファイバ４を伝搬してきたレーザ光を光ガイド体６が環状に案内して押圧部９から出射させる。これにより、胴部１２及び蓋部１３における環状の加工領域全体に対して一度にレーザ光を照射し、胴部１２に対して蓋部１３を接合することが可能となるため、作業効率の向上が図られる。このような作業効率の向上は、加工時間の短縮化や製造歩留まりの向上を実現する。さらに、このレーザ加工装置１では、レーザ光走査のための回転機構や、胴部１２及び蓋部１３に対する加圧機構などを別途設ける必要がないため、装置の構成を極めて簡単化することができる。また、光ガイド体６は、接続部８から押圧部９に向かって末広がりのキャップ状に形成されているので、胴部１２に対して蓋部１３を押圧すること、及び光ファイバ４から導入されたレーザ光を押圧部９に向かって環状に案内することを、容易且つ確実に実現することができる。
さらに、押圧部９には、レーザ光が出射する底面１０ａを有する溝１０が円環状に形成されている。このように、溝１０の底面１０ａからレーザ光を出射させることにより、加工領域である溶接部Ｗから押圧部９を離間させることができるため、接合時に蓋部１３が光ガイド体６に溶着するようなことを抑止できる。これにより、接合作業をスムーズに行うことが可能となっている。
なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、光ファイバ４を伝搬させたレーザ光を略円形状のビームパターンをもって光ガイド体６に入射させているが、光ファイバ４内でレーザ光をクラッドモードで伝搬させることにより、円環状のビームパターンをもって光ガイド体６に入射させてもよい。このようなビームパターンは、コリメータ光学系３によって集光されるレーザ光を、光ファイバ４のＮＡ（開口数）よりも大きい角度で光ファイバ４のコアに結合させることで得ることができる。また、光ファイバ４と光ガイド体６との接続部８は、光コネクタを介したメカニカルコンタクトに限られず、融着接続とすることもできる。そして、構成の簡単化の観点から言えば、光ガイド体６において、押圧部９の溝１０及び導光部１１は必ずしも形成しなくてよい。この場合には、空気との屈折率差を利用した全反射により、本体部７自体を導光路として、レーザ光を押圧部９に向けて円環状に案内することができる。
さらに、光ガイド体の変形例として、ＦＯＰ（ファイバオプティカルプレート）を適用することもできる。例えば図４（ａ）に示す光ガイド体２０は、接続部８から押圧部９に向かって末広がりのキャップ状に形成されたクラッド部２１と、クラッド部２１内に収容されると共に接続部８から押圧部９に向かって先太りのテーパ状に形成された複数本（例えば１５本）のコア部２２とを有し、押圧部９側において各コア部２２の先端が円状に配置されて構成されている。また、図４（ｂ）に示す光ガイド体２３では、接続部８側においても、各コア部２２の先端が円状に配置されている。このような光ガイド体２０，２３によっても、図２に示した光ガイド体６と同様の作用効果を奏し、特に、上述したクラッドモード伝搬を利用して光ファイバ４から円環状のビームパターンをもってレーザ光を出射させる場合には、図４（ｂ）に示す光ガイド体２３を適用することで、より良好な光結合を実現することができる。なお、変形例に係る光ガイド体２０，２３の内部は中空としてもよく、光透過性の極めて小さいガラス材料などで充填してもよい。
本発明に係るレーザ加工装置の一実施形態を示す構成図である。 （ａ）は光ガイド体を示す斜視図であり、（ｂ）はその断面図である。 図１に示したレーザ加工装置の使用状態を示す要部断面図である。 （ａ）は光ガイド体の変形例を示す斜視図であり、（ｂ）は光ガイド体のさらに別の変形例を示す斜視図である。
符号の説明
１…レーザ加工装置、４…光ファイバ、６，２０，２３…光ガイド体、８…接続部、９…押圧部、１０…溝、１０ａ…底面、１２…胴部（第１の被加工物）、１３…蓋部（第２の被加工物）。

Claims (3)

  1. レーザ光を照射することにより第１の被加工物に第２の被加工物を接合するためのレーザ加工装置であって、
    前記レーザ光を伝搬させる光ファイバと、
    前記光ファイバと光学的に接続される接続部、及び前記第１の被加工物に対して前記第２の被加工物を押圧する押圧部を有し、前記接続部から前記押圧部に前記レーザ光を環状に案内して前記押圧部から出射させる光ガイド体と、を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
  2. 前記押圧部には、前記レーザ光が出射する底面を有する溝が環状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
  3. 前記光ガイド体は、前記接続部から前記押圧部に向かって末広がりのキャップ状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工装置。
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